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論文

Propagation behaviour of general and localised corrosion of carbon steel in simulated groundwater under aerobic conditions

谷口 直樹; 鈴木 宏幸; 川崎 学; 内藤 守正; 小林 正人*; 高橋 里栄子*; 朝野 英一*

Corrosion Engineering, Science and Technology, 46(2), p.117 - 123, 2011/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:48.69(Materials Science, Multidisciplinary)

炭素鋼は高レベル放射性廃棄物地層処分におけるオーバーパック候補材料の一つに選定されている。炭素鋼の腐食は全面腐食と局部腐食の二つに分類される。本研究では酸化性雰囲気における炭素鋼の浸漬試験によって全面腐食と局部腐食の進展挙動を調べた。浸漬試験結果,腐食進展速度は環境条件と鋼種に大きく依存した。しかし、孔食係数(最大腐食深さと平均腐食深さの比)の上限はおよそ平均腐食深さのみから決定されることがわかった。実験データと文献データに基づき、Gumbel分布を用いた極値統計解析を適用することによって平均腐食深さからオーバーパックの最大腐食深さを推定する経験的モデルを提示した。

報告書

炭酸塩水溶液及び人工海水における炭素鋼の腐食挙動に及ぼす材料中不純物元素の影響

谷口 直樹; 鈴木 宏幸*; 内藤 守正

JAEA-Research 2009-068, 31 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-068.pdf:5.08MB

腐食現象は材料と環境の相互作用であり、地層処分環境における炭素鋼オーバーパックの腐食挙動は環境因子の影響だけでなく、材料因子による影響を受ける可能性がある。本研究では炭素鋼中に一般的に含まれる主要な不純物であるC, Si, Mn, P, Sに着目し、炭酸塩水溶液と人工海水を用いて、これらの元素が電気化学的挙動と低酸素濃度下での腐食速度に及ぼす影響を調べた。その結果は以下のようにまとめられる。(1)0.01M炭酸塩(pH10)溶液中での不動態化電流,不動態保持電流に及ぼす不純物元素の影響は小さいことが確認された。(2)Si濃度が比較的高い0.73%と0.97%の条件では不動態皮膜の破壊やアノード溶解の促進が観察された。(3)0.01M炭酸塩(pH10)溶液の飽和した緩衝材共存下では不動態化せず、アノード分極挙動への不純物元素の影響も小さいことが確認された。(4)人工海水中,低酸素濃度下での腐食速度は不純物元素濃度が大きいほど腐食速度は大きくなる傾向があり、P, Mnによる影響が比較的大きくなった。(5)Si, Mn, Pの添加による腐食速度増加はカソード反応である水素発生反応の促進によるものと推察された。

報告書

高pH化した海水系地下水環境における炭素鋼の局部腐食進展挙動

谷口 直樹; 鈴木 宏幸*; 内藤 守正

JAEA-Research 2009-066, 18 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-066.pdf:7.96MB

炭素鋼は高pH環境において不動態化し、条件によっては孔食,すきま腐食などの局部腐食を受けることが知られている。一般に局部腐食の進展速度は全面腐食の場合よりも大きく、炭素鋼オーバーパックに局部腐食が生じた場合には短期破損をもたらす可能性がある。孔食・すきま腐食は塩化物イオンに代表される不動態皮膜破壊型の化学種の共存下において発生することが知られている。処分環境では、海水系地下水のような塩化物イオンを含む地下水が人工バリア周辺に施工されるコンクリート構造物中のセメント材料と地下水が接触してそのpHが上昇し、炭素鋼オーバーパックに孔食やすきま腐食をもたらす場合などが想定される。本研究では海水系地下水の一例として幌延の模擬地下水を用い、コンクリートと接触させて高pH化させた条件で孔食,すきま腐食の進展挙動を調べた。その結果、孔食係数(最大腐食深さと平均腐食深さの比)は中性$$sim$$アルカリ性環境や種々の天然水環境で得られた過去のデータの範囲内にあることが確認された。実験データの極値統計解析によりオーバーパックにおける最大腐食深さを推定した結果、推定値はいずれの条件でも従来の孔食・すきま腐食進展に関する経験モデルにより算出される値を超えないことがわかった。

論文

低酸素濃度下におけるチタンオーバーパックの長期水素吸収挙動と水素脆化の検討

谷口 直樹; 鈴木 宏幸*; 中西 智明*; 中山 武典*; 舛形 剛*; 建石 剛*

材料と環境, 56(12), p.576 - 584, 2007/12

高レベル放射性廃棄物の地層処分におけるオーバーパック候補材料の一つであるチタンの長期水素吸収挙動と水素脆化の可能性を検討した。定電流カソード分極試験結果より、電荷量が同じ場合、電流密度が低いほど多くの水素が吸収されるとともに、より内部まで水素が浸入した。低酸素濃度条件での腐食速度2.8$$times$$10$$^{-2}$$$$mu$$m/yに相当する電流密度での水素吸収率はほぼ100%と推定され、1000年間で約400ppmの水素を吸収すると評価された。水素を吸収したチタンの機械的特性は水素濃度と水素濃度分布形態によって異なり、水素がチタン内部まで均一に分布したものほど脆化の程度が大きいことが確認された。1000年間で約400ppmの水素を均一に吸収した6mm厚のチタンオーバーパックにおいて、破壊が生じうるのは降伏応力相当の応力条件に対して亀裂寸法が約2$$sim$$3mm以上の場合と推定された。

論文

低酸素濃度下におけるチタンの腐食速度と水素吸収挙動

鈴木 宏幸*; 谷口 直樹

材料と環境, 55(11), p.485 - 494, 2006/11

高レベル放射性廃棄物の地層処分におけるオーバーパックには1000年間以上の寿命が要求されており、その候補材料の一つとしてチタンが挙げられている。チタンをオーバーパック材料として用いる場合に評価すべき項目の一つとして水素脆化が挙げられるが、地層処分で想定される中性から弱アルカリ性の低酸素濃度環境におけるチタンの耐食性や水素吸収挙動について十分な知見が得られていない。よってチタンの腐食速度及び水素吸収挙動について信頼性の高いデータを取得するために、長期浸漬試験及び完全密封容器試験を実施した。環境因子をパラメーターとした試験の結果、高炭酸塩(1M)条件と高pH環境(pH13)でおもにアノード反応の促進によると思われる腐食速度の顕著な増加が認められた。それ以外の条件では、腐食速度は10$$^{-3}$$$$sim$$10$$^{-2}$$$$mu$$m/yオーダーの値となった。また腐食により発生した水素のほとんど(98%以上)がチタン中に吸収されていたことがわかった。チタンの長期吸収について安全側の評価として水素吸収量の経時変化を直線則で近似すると1000年間で400$$sim$$500ppmの水素を吸収することが示唆された。

論文

Isolated hydrogen center in wide gap semiconductors studied by $$mu$$SR

下村 浩一郎*; 門野 良典*; 西山 樟生*; 渡辺 功雄*; 鈴木 栄男*; Pratt, F.*; 大石 一城; 水田 正志*; 斎藤 峯雄*; Chow, K. H.*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 376-377, p.444 - 446, 2006/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:92.73(Physics, Condensed Matter)

Recent progresses of the studies of isolated hydrogen center in ZnO and GaN by muon spin rotation methods are reported. Preliminary experimental results for shallow muonium hunting as an acceptor in InSb and GaSb are also discussed.

報告書

HTTR後備停止系不具合の調査報告書

濱本 真平; 飯垣 和彦; 清水 厚志; 澤畑 洋明; 近藤 誠; 小山 直; 河野 修一; 小林 正一; 川本 大樹; 鈴木 尚; et al.

JAEA-Technology 2006-030, 58 Pages, 2006/03

JAEA-Technology-2006-030.pdf:10.69MB

日本原子力研究開発機構が所有する高温工学試験研究炉(HTTR)の反応度制御設備は、制御棒系と後備停止系の、動作原理の異なる二つの独立した系統で構成されている。通常運転時、原子炉の反応度を制御するとともに、運転時の異常な過渡変化時及び事故時に安全かつ確実に原子炉を停止させるものである。後備停止系は、万一制御棒系のみで原子炉を停止できない場合に、中性子吸収材である炭化ホウ素ペレットを炉心内に重力落下させ、いかなる運転状態からも原子炉を停止する機能を有するものであり、炭化ホウ素ペレットと、ペレットを収めるホッパ,電動プラグ,後備停止系駆動機構,ガイドチューブ等で構成されている。HTTRでは、平成16年7月26日から平成17年3月4日までの計画で、施設定期検査を実施してきたところ、2月21日の後備停止系の作動試験時に、本装置の16基のうち1基が正常に動作しないことがわかった。調査の結果、後備停止系が正常に動作しなかった原因は、後備停止系を駆動するモータの上部のオイルシールが変形したことによってグリースから分離した油がブレーキに到達し、ブレーキの磨耗した粉と混合することによって粘着物となり、粘着物がブレーキの解除を阻害したことによって、モータの駆動を妨げたことがわかった。

報告書

還元性環境下におけるチタンの腐食速度と水素吸収挙動-III

鈴木 宏幸*; 谷口 直樹; 川上 進

JNC-TN8400 2005-003, 76 Pages, 2005/03

JNC-TN8400-2005-003.pdf:8.31MB

チタンは非常に耐食性に優れているため、オーバーパック候補材料のひとつとされている。処分後初期のオーバーパック周辺の環境は酸化性となっているが、やがて還元性環境になると考えられている。還元性環境では水の反応をカソード反応とする水素発生型の腐食が支配的となり、発生した水素をチタンが吸収することによって脆化する恐れがある。チタンをオーバーパック材料として用いる場合に評価する事項は、隙間腐食と水素脆化であるが、地層処分で想定される中性から弱アルカリ性の還元性環境におけるチタンの耐食性や水素吸収挙動についてはほとんど知られていない。そこで、チタンの腐食速度及び水素吸収挙動についてより信頼性の高いデータを取得する必要があるため、長期浸漬試験および完全密封容器試験を行い、前回までの報告と比較・検討を行なった。試験の結果、3年間の浸漬試験から求められた腐食速度は、溶液中で10$$^{-2}$$$$sim$$10$$^{-1}$$$$mu$$m/yオーダー、ベントナイト中で10$$^{-3}$$$$sim$$10$$^{-2}$$$$mu$$m/yオーダーであり、前回報告した2年間の浸漬試験と変化はみられなかった。完全密封容器試験より、腐食に伴って発生したほとんどの水素はチタン中に吸収されていることがわかった。また、完全密封容器試験の各パラメーターを変化させた結果より、HCO$$_{3}$$$$^{-}$$濃度1MとpH13の条件において他の条件に比べて水素吸収量が2$$sim$$3倍になることがわかった。

報告書

還元性環境下におけるチタンの腐食速度と水素吸収挙動-II

鈴木 宏幸*; 谷口 直樹; 川上 進

JNC-TN8400 2003-042, 34 Pages, 2004/03

JNC-TN8400-2003-042.pdf:0.54MB

チタンは耐食性にすぐれているためオーバーパック候補材料の一つとされている。処分場の初期の環境は建設時に持ち込まれた酸素により酸化性環境となっているが、やがてオーバーパックの腐食過程などによって酸素濃度が低下し、還元性環境になると考えられる。還元性環境では水素発生型の腐食が支配的となり、発生した水素を吸収することによって水素脆化が起こることが懸念される。チタンをオーバーパックとして用いる場合に評価する事項は、主に隙間腐食と水素脆化である。また地層処分で想定される中性から弱アルカリ性の還元性環境におけるチタンの耐食性についてほとんど知られていない。そこで還元性環境下におけるチタンの水素吸収挙動を把握するために、長期浸漬試験を行いSIMS分析等により水素濃度分布および皮膜の成長挙動を評価した。試験の結果、浸漬期間2年間の浸漬試験から求められた腐食速度は10-2$$sim$$10-1$$mu$$m/yのオーダーで、これは前回報告した浸漬期間1年間の浸漬試験の値とほぼ変わらない値であった。

報告書

還元性環境下におけるチタンの腐食速度と水素吸収挙動

鈴木 宏幸*; 谷口 直樹; 川上 進

JNC-TN8400 2003-003, 139 Pages, 2003/03

JNC-TN8400-2003-003.pdf:3.09MB

チタンは高耐食性金属としてオーバーパック候補材料のひとつとされている。チタンをオーバーパックとして用いる場合に評価する事項は、主に隙間腐食と水素脆化である。処分後初期の環境は、建設時に持ち込まれた酸素により酸化性環境となっているが、やがてオーバーパック周辺の酸素がオーバーパックの腐食過程、緩衝材に含まれる不純物の酸化過程による消費、ならびに岩盤中への散逸などによって酸素濃度が低下し、還元性環境になると考えられる。還元性環境では水素発生型の腐食が支配的となり、発生した水素を吸収することによって水素脆化が起こることが懸念される。しかし地層処分で想定される中性から弱アルカリ性の還元性環境におけるチタンの耐食性および水素吸収挙動についてはほとんど知られていない。そこで溶液中及びベントナイト中で浸漬試験を行いSIMS 分析等により水素濃度分布および皮膜の成長挙動を検討した。また、腐食に伴って発生するトータル水素量とチタン中に吸収される水素量について信頼性の高いデータを得るため完全密封容器試験を実施した。さらに長期経過後のチタンオーバーパックの水素吸収量を見積もるため定電流加速試験を実施した。以上の試験結果、1 年間までの短期浸漬試験から求められた腐食速度は溶液中では10$$^{-2}$$$$sim$$10$$^{-1}$$$$mu$$m/y のオーダー、ベントナイト中では10$$^{-3}$$$$sim$$10$$^{-2}$$$$mu$$m/y のオーダーであった。完全密封容器中の90 日間の試験では、腐食に伴って発生したほとんど($$<$$99%)の水素が吸収されていた。また、定電流加速試験から、電流密度が小さいほど水素吸収率は大きくなる傾向が観察された。定電流加速実験結果より、自然状態での腐食速度相当の電流密度における1000 年間の水素吸収率を推定した。その結果、第2 次取りまとめで見積もられた腐食速度(2.8$$times$$10$$^{-3}$$$$mu$$m/y)に対し、水素吸収率は数十%以上となる可能性が示唆された。

報告書

Data report for ROSA-IV LSTF 10% hot leg break experiment Run SB-HL-04

久木田 豊; 中村 秀夫; 佐伯 宏幸*; 平田 和男*; 後藤 博樹*; 安濃田 良成; 熊丸 博滋; 鈴木 光弘; 浅香 英明; 与能本 泰介; et al.

JAERI-M 91-040, 122 Pages, 1991/03

JAERI-M-91-040.pdf:3.42MB

本報は、ROSA-IV計画大型非定常試験装置(LSTF)による10%ホットレグ破断(上向き破断)実験Run SB-HL-04の実験データをまとめたものである。本実験は、破断口向きの効果に関する実験シリーズ(合計3ラン)の一つとして実施され、他の2回の実験では、それぞれ同一破断面積の水平方向破断及び下向き破断を模擬した。また本実験では、高圧注入系と補助給水系の不作動を想定した。本実験の特徴的な実験結果としては、ループ間の非対称挙動、コールドレグ・上部ダウンカマ内の減圧沸騰、蓄圧注入系作動後のコールドレグ内凝縮減圧などがあげられる。

口頭

低酸素濃度環境におけるチタンオーバーパックの水素脆化挙動

谷口 直樹; 鈴木 宏幸*; 油井 三和; 中西 智明*; 中山 武典*; 舛形 剛*; 建石 剛*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物地層処分におけるオーバーパック候補材料のひとつとしてチタン(チタン合金を含む)が挙げられており、地下水に対して1000年間以上の長期健全性が要求されている。地層処分環境は本来、酸素濃度の低い条件であり、水素発生を伴う腐食が進展すると考えられ、長期間の水素吸収によって脆化することが懸念される。そこで本研究では、チタンの腐食速度,水素吸収挙動,水素を吸収したチタン材料の機械特性などの実験データに基づき、水素吸収量と脆化の可能性を検討した。

口頭

炭酸塩水溶液及び人工海水における炭素鋼の腐食挙動に及ぼす材料中不純物元素の影響

谷口 直樹; 鈴木 宏幸*; 内藤 守正

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物地層処分における炭素鋼オーバーパック材質の具体化に資することを目的として、材料中不純物成分による腐食への影響を調べた。C, Si, Mn, P, Sの含有量を変えた試料を作成し、炭酸塩水溶液及び人工海水中における電気化学特性,低酸素濃度下での腐食速度に及ぼすこれらの元素の影響を調べた。その結果、Siによる炭酸塩溶液中での不動態皮膜破壊の促進,人工海水中でのPによる腐食促進などが確認された。

口頭

二粒子モデルを用いた弾性波速度と電気伝導度との組合せ解釈; 横須賀及び幌延堆積軟岩地点での検層データへの適用例

鈴木 浩一*; 吉村 公孝*; 杉田 裕; 安藤 誠*; 東 宏幸*

no journal, , 

地上物理探査法の利点は広範囲を連続的に低コストで探査できることであるが、求められる物性値は主として電気伝導度及び弾性波速度に限定されるため、これらの限定された物性値から工学的に必要とされる地質環境特性(間隙率,間隙水の塩分濃度など)を定量的に解釈する技術が重要となる。本研究では、拡張した二粒子モデルによる弾性波速度と電気伝導度を組合せた解釈により、間隙率,粘土含有率及び間隙水の等価NaCl濃度の関係を評価するアプローチを二つの堆積岩のサイト(横須賀地域の砂岩(三浦グループ)と泥岩(葉山グループ),幌延地域の泥岩)における物理検層データに適用した。その結果、粘土含有率,間隙率及び間隙水の等価NaCl濃度を求めることができた。

口頭

低酸素濃度下のベントナイト中における炭素鋼の腐食に及ぼす温度の影響

谷口 直樹; 鈴木 宏幸; 川崎 学; 渡邊 正敏; 建石 剛*; 九石 正美

no journal, , 

人工海水の飽和したベントナイト中における炭素鋼の浸漬試験を30$$sim$$160$$^{circ}$$Cの範囲で温度をパラメータとして行い、重量法により腐食量を求めた。初期腐食速度は高温ほど大きく、皮膜の保護性は80$$sim$$120$$^{circ}$$Cで最も大きくなることがわかった。また、水素脆化の評価に資するため、試験片中に吸収された水素量(拡散性水素)の測定を行った。その結果、温度が高いほど吸収水素量は小さくなる傾向が認められた。

口頭

VRを用いた廃止措置用遠隔操作機器の操作訓練機能の開発

伊藤 倫太郎; 鈴木 健太; 堀内 一憲; 川端 邦明; 川妻 伸二; 鈴木 宏幸*; 出倉 利紀*

no journal, , 

福島第一原子力発電所の廃止措置において、燃料デブリの取り出しのため、原子炉格納容器(PCV)を冠水させる計画があるが、冠水するためにはPCV下部に位置する圧力抑制室(S/C)内の漏えい箇所の補修が必要となる。補修を行うにあたっては、遠隔操作機器を用いた作業となり、限られたカメラ映像での操作となるため、事前の操作訓練が必須となる。日本原子力研究開発機構では、廃止措置に係る作業の計画立案・検討及び訓練等を行うVRシステムを楢葉遠隔技術開発センターに整備しており、このVRシステムに遠隔操作機器の動力学シミュレーションを導入することで作業手順の確認や操作者の操作訓練において、実寸大かつ立体的に遠隔操作機器の動作を確認可能な操作訓練機能の開発を進めている。本発表では、この機能の基本構成とその後の改良の取り組みについて報告する。

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